探索“避雷”新方式

韓吉辰

今年5月12日的四川汶川大地震給人民留下了痛苦的回憶.雷電與地震一樣，破壞力也很強.那空中的霹靂和轟隆隆的雷聲總能帶給我們強烈的震憾.

雷電是夏秋季節(jié)常見的自然現(xiàn)象，經(jīng)常有巨大的破壞力.雷電是不可避免的自然災(zāi)害.地球上任何時候都有雷電在活動.據(jù)統(tǒng)計，全世界每年因雷電造成的經(jīng)濟損失約10億美元，死亡3 000人以上.因此，了解雷電的規(guī)律，掌握先進的“避雷”措施是十分必要的.

“富蘭克林避雷針”

美國科學家富蘭克林在250多年前(1752年)，冒著生命危險，用風箏把“天火”引到地面，從而揭開了雷電的秘密.根據(jù)雷電產(chǎn)生和危害特點的不同，雷電可分為以下四種：直擊雷、球形雷、感應(yīng)雷、雷電侵入波.其中直擊雷最為常見，富蘭克林設(shè)計發(fā)明了“避雷針”，不知避免了多少生命財產(chǎn)的損失！

目前，防直擊雷的主要措施是在建筑物上安裝“富蘭克林避雷針”，它的保護范圍似一把傘，保護半徑只有避雷針安裝高度的1～1.5倍那么大.因此，當建筑物很大時，就要在上面裝許多支避雷針.特別是平頂?shù)拇蠼ㄖ?，避雷針排列成行，宛如針林一般，這樣，防直擊雷安裝的避雷針就變成了避雷網(wǎng)、避雷帶.一套完整的防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置.上述的針、線、網(wǎng)、帶實際上都只是接閃器.接閃器是利用其高出被保護物的突出地位，把雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置把雷電流泄入大地，以此使被保護物免遭雷擊，這種“避雷”設(shè)備需要精心保養(yǎng)和不斷維修.

但是，由于雷電的形成原理十分復雜，它的爆發(fā)能量非常巨大，因此雷電仍然在肆虐著人類.尤其在信息時代的今天，建筑物越來越高，電信通訊網(wǎng)絡(luò)越來越密集，每年由于雷擊造成的經(jīng)濟損失還是高達10億美元.因此，科學家不斷以新思路、新技術(shù)設(shè)計新的防雷電設(shè)施，如新型避雷帶、法拉第網(wǎng)、高脈沖避雷針等，取得了一定的效果.

變“被動引雷”為“主動引雷”

我們知道，各種“避雷針”實際上都是“引雷針”，將高空的雷電接引到地下釋放電荷，這是被動引雷，被保護的高大建筑、油庫等，仍然處于危險之中.能不能變“被動引雷”為“主動引雷”呢？

讓雷電遠離保護對象，這是一個全新的思路??！請看我國科學家做的“人工引雷”實驗：烏云翻滾、電閃雷鳴，只見一枚火箭騰空而起，帶著一根細如馬尾的鋼琴絲，從地面直飛到千米高空，鉆入積雨云中.這時奇跡出現(xiàn)了：張牙舞爪的閃電不見了，震耳欲聾的雷聲消失了，瞬間，一道耀眼的閃電順著金屬絲從云層直擊地面，巨大的雷電能量順著鋼琴絲猛扎入指定地面.在這里，兇惡的“雷公電母”被人們征服了！自1989年8月起，我國共研制出幾百枚引雷火箭，用鋼琴絲做導線，將地面一端深埋入地中，已經(jīng)獲得50%以上的成功，將“雷公電母”引入指定地點.我國這項引雷新技術(shù)開辟了“讓雷電遠離保護對象”的新途徑，已經(jīng)達到國際先進水平，目前，世界上只有法國、美國、日本、巴西和中國掌握了人工引雷技術(shù).

由我國自行設(shè)計制作的“人工引雷火箭”技術(shù)非常先進，裝有特殊設(shè)計的降落傘，可防止“火箭”降落時對地面物體造成破壞.現(xiàn)在科學家利用地球衛(wèi)星對雷電進行監(jiān)視觀測，可以預測800公里以內(nèi)巨大雷電發(fā)生的時間地點，提前發(fā)出警報，采取相應(yīng)措施，用來防范雷電的危害.

在“人工引雷”的基礎(chǔ)上，科學家進一步研制出“定向引雷車”，車上載有雷電監(jiān)測儀、引雷火箭、火箭發(fā)射架、遙控點火器和通訊設(shè)備等先進設(shè)備.根據(jù)需要可以開到預定地點，利用儀器監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)有雷暴云產(chǎn)生可能威脅“保護對象”時，指揮中心就立即下令發(fā)射引雷火箭，將雷電在高空中引發(fā)，避免發(fā)生在保護地區(qū).

另外，現(xiàn)代人類航天事業(yè)發(fā)展很快，其中各種航天器穿越雷雨云層時，如何避免雷擊就是一個重要課題.現(xiàn)在科學家將一批特制的小火箭射向積雨云層，這些小火箭頭部帶有金屬小圓球，結(jié)果有60%的小火箭誘發(fā)了電閃雷鳴，開辟了一條空中安全通道，就像戰(zhàn)時工兵掃清道路上的“地雷”，使大部隊能安全通過一樣.

神奇的“激光避雷針”

20世紀人類有四個重要的發(fā)明：原子能、半導體、計算機、激光.由于激光具有極好的單色性、高亮度和良好的方向性，能量非常集中，而且便于人工控制，所以自激光出現(xiàn)以來得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用.

那么，激光又與“避雷針”有什么關(guān)系呢？原來，一定強度的激光射出，沿途可以很快把空氣電離，產(chǎn)生一條導電的通道，閃電就會乖乖地沿著這條通道走了，到了接近地面時，便會在預先準備好的傳統(tǒng)避雷針上放電.這種方法可以更有效地誘導云層的電荷通過“富蘭克林避雷針”放電，從而大大提高了傳統(tǒng)避雷針的效率.

科學家還成功地進行了“激光引導雷電”試驗，將高功率的激光聚集反射，照射到雷雨云上面，強烈的激光可以改變云團的導電走向，使雷電按照人們的意愿，在預定方位的云層之間放電，這樣雷電就不會落到地面了.這個激光試驗意義很大，成本比較低，也比較靈活，是很有發(fā)展前途的一種方法.

不久的將來，靈巧的“激光避雷針”可以設(shè)置在機場、醫(yī)院和核電廠等重要地方，有效地保護人類.

“放射性同位素避雷針”

早在1914年物理學家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：利用放射性物質(zhì)能使空氣電離的原理，可以增強避雷效能.近年來許多先進國家，研制出了新奇的“放射性同位素避雷針”.

“放射性同位素避雷針”的避雷原理，與富蘭克林避雷針的原理基本是一樣的.所不同的是前者發(fā)射的射線，使避雷針附近的空氣大量地電離，主動地打開一條與云中電荷相通的放電通路.你想，這么多離子在空氣中移動，足以形成一條電的通路，把云層中的閃電引下來.

“放射性同位素避雷針”能及早放電，使保護區(qū)內(nèi)無閃電產(chǎn)生，且避雷功能更為強大，保護范圍也大得多.放射源一次裝上后，使用一二百年是沒有問題的.

放射性同位素避雷針的類型很多，結(jié)構(gòu)大體相同，都是由下列各部分組成的：一根尖頂?shù)慕饘贄U，一個與桿絕緣的金屬錐體，錐體上裝有放射源，錐體四周下垂三根飄帶狀的接觸天線，一個與桿連接的金屬環(huán)，中央的金屬桿是深深接地的.它的保護范圍比同樣高度的“富蘭克林避雷針”大十幾倍到幾十倍.

在歐洲雷電最頻繁的意大利和西班牙，許多易受雷電影響的建筑，如無線電發(fā)射臺、變電站、燃料油庫或天然氣貯存庫、軍工廠、核工廠都裝置了這種新型的避雷針.對一些有保存價值的古代遺跡，如雅典的衛(wèi)城、西班牙的參坦達紀念碑，也采用了這種新型的避雷針.我國廣州的石油化工廠、南京的棲霞山化工廠、四川的維尼倫廠等也采用了放射性同位素避雷針，北京的長城飯店最近也已采用，效果明顯.

由于所使用的放射性物質(zhì)是嚴格密封的，對建筑物下面的人沒有絲毫危害，是絕對安全的.現(xiàn)代核技術(shù)與電子技術(shù)及材料技術(shù)一樣，將成為人類生活不可分割的一部分！